基于Maxwell的无刷直流电机负载瞬态磁场分析实例
利用MAXWELL分析电机中的瞬态电场磁场
摘要在日常生活中，对于电机的应用无处不在，几乎所有用电设备都涉及到电机的应用。
而Ansoft Maxwell是一个款很强大的物理渲染器，用来分析电机十分方便。
在此，为了研究电机中磁场和电流的瞬态场情况，我们利用Ansoft Maxwell14.0分析了电机定子转子中的磁场和电流。
分析过程中按照建模、设置材料、设置激励、设置部分规则、设置求解规则等步骤最终成功模拟了电机中的瞬态场，并得到了磁体中的磁场强度矢量图等图。
目录1 建模 (1)1.1 创建定子模型 (1)1.2 创建转子模型 (2)1.3 创建转子线圈 (2)1.4创建激励电流加载面 (3)1.5 创建Region区域 (3)1.6 旋转转子 (3)2 设置材料 (4)3.设置激励 (4)3.1 定义绕组 (4)3.2 设置外部激励电路 (5)3.3 在Maxwell 3D下设置外部激励 (5)4 设置剖分规则 (5)5 设置涡流效应 (5)6 设置求解规则 (5)7 CHECK & RUN (6)8 后处理 (6)8.1 绘制模型中间对称面上磁体中的磁场强度矢量图 (6)8.2 绘制模型中间对称面上磁体中的电流强度幅值图 (7)8.3 绘出激励电流随时间变化的曲线 (7)1 建模打开maxwell 14.0 创建一个新的3D设计项目并将求解器设定为Transient类型，然后将几何尺寸单位设定为mm。
1.1 创建定子模型如图1-1所示，在坐标原点处创建两个同轴圆柱，然后将内部的圆柱体设置为空白部分，剩余的部分作为定子的外磁路。
结果如图1-2所示。
两圆柱体的参数如下图1-3，图1-4所示。
图1-1 图1-2图1-3再利用镜像复制两个小长方体，使其贴近定子外磁路的内侧，并将朝向远点一侧的裁成弧形，作为定子的俩个磁极。
如图1-5，图1-6所示。
最后将定子组合到一起。
1.2 创建转子模型仿照创建定子外磁路的方法，以原点为圆心创建一个空心圆柱作为转子。
maxwell电机仿真实例
maxwell电机仿真实例Maxwell电机仿真是一种对电机进行计算机模拟的技术，其目的是为了优化电机设计、提高电机性能和减少实际试验的成本和时间。
利用仿真软件对电机进行模拟可以更快速地得到设计方案，并且能够对不同参数进行优化，以达到更好的性能。
本文将介绍Maxwell电机仿真的基本原理和实例应用。
1. Maxwell电机仿真的基本原理Maxwell电机仿真是建立在Maxwell电磁场仿真软件基础上的，它是一种采用有限元方法对电机进行建模和分析的技术。
有限元方法是一种数值计算方法，它能够将连续的物理模型离散化为有限个小区域，通过对这些小区域进行求解，得到整个物理系统的行为。
在电机仿真中，有限元方法被用来求解电机内部的电磁场分布、温度分布和电机的性能等。
Maxwell电机仿真的基本原理包括以下几个方面：（1）建立电机模型：首先需要根据实际的电机结构、材料和工作条件等建立电机的几何模型。
这个过程通常使用CAD软件来完成，得到电机的三维结构模型。
（2）设置仿真参数：在建立了电机的几何模型后，需要对仿真参数进行设置，包括材料特性、工作条件、电机结构等各项参数。
这个过程需要根据实际的工程要求和设计需求来进行。
（3）网格划分：对电机的几何模型进行网格划分，将电机离散化为有限个小区域，以便后续的有限元计算。
（4）求解电磁场分布：利用有限元方法对电机进行电磁场分布的求解，得到电机内部的电磁场分布特性。
（5）分析电机性能：根据电磁场分布和电机参数对电机的性能进行分析，包括输出转矩、功率、效率等。
2. Maxwell电机仿真的实例应用Maxwell电机仿真可以应用于各种类型的电机，包括直流电机、交流电机、同步电机和异步电机等。
下面将以某家电机公司的三相异步电机为例，介绍Maxwell电机仿真的实例应用。
（1）建立电机模型：首先，需要在Maxwell软件中建立该三相异步电机的几何模型。
电机结构主要包括定子、转子、风扇、绕组等部件，根据电机实际的结构和尺寸进行建模。
maxwell电机仿真实例
maxwell电机仿真实例Maxwell电机仿真是一种通过计算机模拟电机运行过程的技术，可以帮助工程师和设计师更好地了解电机的性能和特性。
在本文中，我们将介绍Maxwell电机仿真的基本原理和方法，并通过一个实例来演示如何使用Maxwell软件进行电机仿真。
1. Maxwell电机仿真的基本原理Maxwell电机仿真是基于有限元分析的电磁场仿真技术，通过数值计算的方法来模拟电机内部的电磁场分布、磁通密度、电流密度等参数，从而预测电机的性能和特性。
在Maxwell电机仿真中，会考虑电机的几何结构、材料特性、电流载荷等因素，并通过建立数学模型来描述电机的运行过程。
2. Maxwell电机仿真的方法Maxwell电机仿真主要有以下几种方法：（1）建立电机模型：首先需要对电机的几何结构进行建模，包括定子、转子、绕组等部分，然后确定电机的材料特性、电流载荷等参数。
（2）求解电磁场分布：利用有限元分析方法，求解电机内部的电磁场分布，可以得到磁通密度、电流密度等参数。
（3）计算电机性能：根据电磁场分布，计算电机的特性参数，包括转矩、功率、效率等。
（4）优化设计：通过改变电机的结构、材料、绕组等参数，来优化电机的性能和特性。
3. Maxwell电机仿真的实例为了更好地演示Maxwell电机仿真的方法和应用，我们选取了一个简单的交流电机作为实例，通过Maxwell软件对其进行仿真分析。
3.1交流电机的建模首先需要对交流电机的几何结构进行建模，包括定子、转子、绕组等部分。
在Maxwell软件中，可以通过CAD工具来绘制电机的几何结构，然后指定材料特性、绕组参数等。
3.2电磁场分布的求解在建立好电机模型后，利用Maxwell软件进行电磁场分布的求解。
通过有限元分析方法，可以得到电机内部的磁通密度、电流密度等参数，从而了解电机的工作状态。
3.3电机性能的计算根据电磁场分布，可以计算电机的性能参数，包括转矩、功率、效率等。
maxwell电机仿真实例
maxwell电机仿真实例Maxwell电机仿真是电机设计和分析的重要工具，它能够帮助工程师快速准确地评估电机的性能，节省了大量的实验和设计成本。
本文将以一台直流电机为例，介绍Maxwell电机仿真的具体步骤和方法，并分析仿真结果，最后总结电机仿真的优势和应用价值。
1.电机的基本结构和工作原理直流电机是一种将电能转化为机械能的设备，它由定子和转子两部分组成。
定子上有绕组，在外加电压的作用下产生磁场，转子上有导体，当定子电流通过后转子受到磁力的作用而旋转。
当转子旋转时，通过与机械负载的连接可以进行功的转换。
2. Maxwell电机仿真的基本原理在进行Maxwell电机仿真时，首先需要建立电机的几何模型。
Maxwell可以通过导入CAD文件或手动建立几何模型来进行仿真。
然后需要定义材料特性和绕组参数，包括定子和转子的材料特性，绕组的线材材料、截面积和匝数等。
在建立完电机的几何模型和定义完材料特性后，可以进行电磁场仿真和热仿真，从而得到电机的性能参数和工作状态。
3. Maxwell电机仿真的具体步骤（1）建立几何模型在Maxwell中，可以通过导入CAD文件或手动建立几何模型来建立电机的几何结构。
在建立几何模型时，需要考虑到电机的细节结构，如绕组的匝数、绕组连接方式、转子的永磁体分布等。
（2）定义材料特性在Maxwell中，材料特性是进行仿真的基础。
需要为定子和转子分别定义材料特性，包括磁导率、电导率等参数。
对于绕组材料，需要定义其磁特性和电阻率等参数。
（3）定义边界条件和激励条件在进行电磁场分析时，需要定义边界条件和激励条件。
边界条件包括定子和转子的外形边界条件、绕组的通流条件等；激励条件包括外加电压、磁体的磁场分布等。
通过定义边界条件和激励条件，可以对电机的电磁场进行分析。
（4）进行电磁场分析在定义了几何模型、材料特性、边界条件和激励条件后，可以进行电磁场分析。
Maxwell可以计算电机的磁场分布、磁通密度、电磁力等参数。
利用MAXWELL分析电机中的瞬态电场磁场
利用MAXWELL分析电机中的瞬态电场磁场电机是将电能转化为机械能的重要设备，其工作原理涉及到瞬态电场和磁场的相互作用。
为了分析电机中的瞬态电场和磁场，我们可以借助MAXWELL方程组进行研究。
MAXWELL方程组是描述电磁现象的基本方程，包括麦克斯韦方程和连续性方程。
这些方程包含了电场和磁场与电荷和电流之间的关系，可以用于分析电磁波在空间中的传播和电磁场的产生。
首先，我们来看麦克斯韦方程组。
麦克斯韦方程组包括以下四个方程：1.高斯定律：该方程描述了电场与电荷之间的关系。
它表明，电场从正电荷流出，流入负电荷，在一个闭合曲面上的电场的通量与该曲面内的电荷量成正比。
∮E·dA=1/ε₀∫ρdV2.高斯安培定律：该方程描述了磁场与电流之间的关系。
它表明，在一个闭合曲面上的磁场的通量与该曲面内的电流和变化的电场有关。
∮B·dA=μ₀(∫J·dA+ε₀∫∂E/∂t·dA)3.法拉第电磁感应定律：该方程描述了磁场的变化对电场的影响。
它表明，磁场的变化会产生电场环路上的感应电动势。
∮E·dl = -d(∫B·dA)/dt4.安培环路定律：该方程描述了电场的变化对磁场的影响。
它表明，变化的电场会产生环路上的感应磁场。
∮B·dl = μ₀∫J·dA + μ₀ε₀∫∂E/∂t·dA这些方程组成了描述电磁场的基本规律，可以用于分析电机中的瞬态电场和磁场。
在电机中，电流通过线圈产生磁场，磁场通过磁路产生力，力则驱动电机运转。
MAXWELL方程组可以用于分析电机中的电场和磁场变化。
以电机启动为例，启动时电机中的电场和磁场会发生急剧变化。
我们可以利用MAXWELL方程组分析这个过程。
首先，根据高斯定律，我们可以计算出电场在空间中的分布。
电场的分布与电荷密度相关，在电机线圈中的电荷密度会随着电流的变化而变化。
然后，根据高斯安培定律和安培环路定律，我们可以计算出磁场在空间中的分布。
基于Maxwell的无刷直流电机负载瞬态磁场分析实例
基于Maxwell的无刷直流电机负载瞬态磁场分析实例5.1 节中已经完成了直流无刷机的模型建立和空载瞬态磁场分析，并得到了相关运行曲线和典型时刻场图分布。
本节主要针对的是负载工况时，直流无刷机的主要性能和特性分析，与上一节内容综合起来即是一套对无刷机完整分析的过程。
5.2.1 问题描述1考虑机械瞬态2不考虑机械瞬态计算电机轴上输出的电磁转矩，负载反电势，负载磁链，绕组电流波形等量。
根据电机学知识，可知两相无刷电动机的驱动电路如图5-51 所示，由4 对功率开关管对电机2 相绕组提供电电压进行控制，8 个二极管完成续流工作。
图5-51 两相无刷电动机驱动电路开关逻辑如下：A 相绕组施加正向电压，电机处于正相主磁场中，电机正方向转动。
开关管T1A 与T1B 导通，其它开关管关闭。
B 相绕组施加正向电压，电机处于正相主磁场中，电机正方向转动。
开关管T2A 与T2B 导通，其它开关管关闭。
A 相绕组施加反向电压，电机处于负相主磁场中，电机正方向转动。
开关管T3A 与T3B 导通，其它开关管关闭。
B 相绕组施加反向电压，电机处于负相主磁场中，电机正方向转动。
开关管T4A 与T4B 导通，其它开关管关闭。
5.2.2 控制电压电路设置对于两相无刷直流电动机，当A 相绕组反电势过零时，即A 相绕组轴线与主极轴线相重合(此位置可通过电机初始位置的设置获得，本例为15 度机械角度)，此时两相无刷直流电动机的开关触发角度分别为45 度、135 度、225 度、和315 度电角度。
其换相角度如图5-52所示28图 5-52 四极两相无刷直流电动机触发角此时，各相绕组端所获得的电压如图 5-53 所示图 5-53两相无刷直流电动机负载所加相电压在 Ansoft 有限元计算中，控制电压由四个脉冲电压提供，如图 5-54 所示，图中四个电阻 R1 、R2、R3、R4 为控制电压回路限流电阻，Vc1、Vc2、Vc3 、Vc4 为电压表元件用来检测电压，由其与开关管相关联，V1、V2、V3、V4 为脉冲电压源，其电压脉冲与电机旋转位置相关，用来提供开关管动作电压。
maxwell电机仿真实例
maxwell电机仿真实例1.介绍Maxwell电机仿真的背景和意义Maxwell电机仿真是一种通过计算机软件模拟电机工作原理和性能的技术。
随着电机设计和制造水平的不断提升，对电机性能和效率的要求也越来越高，因此精确的电机仿真技术变得越来越重要。
Maxwell是一款由ANSYS公司开发的电磁场仿真软件，广泛应用于电机设计和优化领域。
通过Maxwell电机仿真，可以准确地预测电机的性能指标，优化电机结构和参数，提高电机的效率和性能。
2. Maxwell电机仿真的原理和方法Maxwell电机仿真的原理是基于有限元分析方法。
有限元分析是一种数值分析方法，通过将电机结构离散为有限数量的小单元，建立数学模型，然后利用计算机进行求解，得到电机的电磁场分布、电磁力和转矩等物理量。
Maxwell软件提供了丰富的建模工具和分析功能，可以对不同类型的电机进行精确的仿真和优化。
Maxwell电机仿真的方法包括建模、网格划分、材料定义、边界条件设定、求解和后处理。
首先需要根据电机的结构和电磁特性建立三维模型，然后进行网格划分，将电机结构离散为有限数量的单元。
接着需要定义电机材料的磁导率、电导率和损耗特性，设定电机的边界条件，如气隙边界、绕组等。
然后对电机进行求解，得到电磁场分布、磁场激励、电磁力和转矩等物理量。
最后进行后处理，分析电机的性能指标，如效率、功率因素、损耗等，优化电机的结构和参数。
3. Maxwell电机仿真的应用领域Maxwell电机仿真广泛应用于各类电机的设计和优化领域。
具体包括以下几个方面：（1）电机性能分析和预测：Maxwell电机仿真可以对不同类型的电机进行精确的仿真和分析，预测电机的性能指标，如电磁力、转矩、磁场分布等。
通过仿真可以发现电机存在的问题和不足，提出改进措施。
（2）电机结构优化：Maxwell电机仿真可以对电机的结构和参数进行优化，找到最优的设计方案。
可以改变电机的绕组形式、气隙间隙、磁路长度等参数，以提高电机的效率和性能。
基于maxwell的永磁同步电机静磁场分析实例
基于maxwell的永磁同步电机静磁场分析实例4.2.1 问题描述三相永磁同步电动机，由定子铁心、定子绕组、永磁体磁极、转子铁心组成。
电机定子内径、外径分别为74mm 和120mm，极数4，定子槽数24，电机为对称结构可以建立四分之一模型，为了使读者更加清晰的了解整个电机模型的建立情况，本例采用整域求解，问题求解电机的平均电磁转矩及场图分布。
该电机的模型示意图如图4-1 所示。
图4-1 4 极24 槽永磁电机结构示意图通过本问题的分析，读者可以学习掌握Maxwell 2D 基本几何模型建立方法，激励源加载、力及力矩参数的设置、永磁材料的定义及简单的场图处理。
Ansoft 软件进行有限元分析的基本步骤如下：1创建项目及定义分析类型2建立几何模型3定义及分配材料4定义及加载激励源和边界条件5求解参数设定6后处理4.2.2 创建项目Step1. 启动Ansoft 并建立新的项目文件假设用户计算机已经安装了Microsoft 公司的Windows 操作系统和Ansoft 公式的12 版本Maxwell2D/3D 电磁计算软件，用鼠标左键双击桌面上的Maxwell 12 图以启动Maxwell，启动后的Maxwell 12 其界面如图4-2 所示。
图4-2 Maxwell 12 启动初始界面执行File/New/命令，或者单击工具栏上按钮新建一个项目文件如图4-3 所示。
图4-3 添加新项目界面Step2. 重命名及保存项目文件在项目管理窗口中右键单击项目名称选择Rename 命令，输入PMSM-Magstatic 对项目文件进行重命名，如图4-4，单击工具栏上按钮保存此项目文件,在项目文件保存目录4中就会出现如PMSM-Magstatic.mxwl 项目文件，图4-5 所示。
图4-4 项目文件重命名界面图4-5 项目保存目录对话框Step3. 定义分析类型采用二维静磁场求解器对永磁同步电动机进行磁场分析，求解器选择步骤如下：执行Project/Insert Maxwell 2D Design 命令，或者单击工具栏上按钮建立maxwell2D 设计分析类型，如图4-6 所示。
ANSYSMaxwell瞬态分析报告案例
ANSYSMaxwell瞬态分析报告案例1.Maxwell 2D: 金属块涡流损耗（一）启动W o r k b e n c h并保存1.在windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 15.0→Workbench 15.0命令，启动ANSYS Workbench 15.0，进入主界面。
2.进入Workbench后，单击工具栏中的按钮，将文件保存。
（二）建立电磁分析1.双击Workbench平台左侧的T oolbox→Analysis Systems→Maxwell 2D此时在ProjectSchematic中出现电磁分析流程图。
2.双击表A中的A2，进入Maxwell软件界面。
在Maxwell软件界面可以完成有限元分析的流程操作。
3.选择菜单栏中Maxwell 2D→Solution Type命令，弹出Solution Type对话框(1)Geometry Mode:Cylinder about Z(2)Magnetic:Transient(3)单击OK按钮4.依次单击Modeler→Units选项，弹出Set Model Units对话框，将单位设置成mm，并单击OK按钮。
（三）建立几何模型和设置材料1.选择菜单栏中Draw→Rectangle 命令，创建长方形在绝对坐标栏中输入：X=500，Y=0，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=20，dY=0，dZ=500，并按Enter键2.选中长方形，选择菜单栏中Edit→Duplicate along line命令在绝对坐标栏中输入：X=0，Y=0，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=50，dY=0，dZ=0，并按Enter键弹出Duplicate along line对话框，在对话框中Total Number:3，然后单击OK按钮。
3.选中3个长方形右击，在快捷菜单中选择Assign Material命令，在材料库中选择Aluminum，然后单击OK按钮。
maxwell瞬态耦合案例
maxwell瞬态耦合案例
Maxwell瞬态耦合案例涉及到的是磁场、电场和电路的瞬态分析，因此是涉及多个物理场以及时间变化的复杂分析。
Maxwell提供了一种强大的解决方案，能够解决这些复杂的物理场问题。
以一个简单的电感器为例，电感器在通电的瞬间，电流会发生变化，这导致磁场也发生变化。
磁场的变化反过来又会影响电流，这是一个瞬态的电磁耦合过程。
在这个过程中，可以使用Maxwell进行瞬态耦合分析。
具体步骤如下：
1. 建立模型：在Maxwell中建立电感器的3D模型，包括线圈、铁芯等。
2. 设置材料属性：为模型中的各个部分设置相应的材料属性，如导磁率、电导率等。
3. 设定边界条件和初始条件：根据问题的实际情况，设定相应的边界条件和初始条件。
例如，设定初始时刻的电流分布等。
4. 进行求解：使用Maxwell的瞬态求解器进行求解。
可以设定时间步长和总时间，进行长时间范围的瞬态分析。
5. 结果分析：查看求解结果，包括电流分布、磁场分布、能量损耗等。
通过这个案例，可以了解到Maxwell在瞬态耦合分析中的强大功能和应用。
在具体应用中，还需要根据实际情况进行调整和优化。
maxwell电机仿真实例
maxwell电机仿真实例Maxwell电机仿真是电机设计领域中的重要工具，它可以帮助工程师进行快速、准确的设计评估和性能优化。
本文将介绍Maxwell电机仿真的基本原理、应用场景以及相关技术细节，以及一些实际的仿真实例。
一、Maxwell电机仿真的基本原理Maxwell是由ANSYS公司开发的一款专业的电机仿真软件，它基于有限元原理，利用Maxwell方程和磁场有限元方法对电机的电磁场进行建模和仿真。
其基本原理是通过使用合适的数学模型和计算方法，可以快速、准确地分析电机的电磁场分布、磁场强度、磁场分布等物理量，从而为电机的设计和优化提供有力的支持。
二、Maxwell电机仿真的应用场景Maxwell电机仿真广泛应用于各种类型的电机设计和分析中，包括直流电机、异步电机、同步电机等。
在电机设计初期，Maxwell仿真可以帮助工程师进行电机的初步设计和评估，包括确定电机的尺寸、形状、磁路结构、线圈布置等设计参数。
在电机的中期设计阶段，Maxwell仿真可以帮助工程师进行电机的性能优化和参数调整，以提高电机的效率、输出功率、功率因数等性能指标。
在电机的最终验证和调试阶段，Maxwell仿真可以帮助工程师对电机的性能进行验证和分析，同时可以帮助解决电机设计中遇到的一些难题和技术难点。
三、Maxwell电机仿真的技术细节Maxwell电机仿真的核心技术包括：建模技术、网格划分技术、求解技术等。
对于电机的建模，一般可以采用几何建模法或者参数化建模法，然后使用合适的网格划分技术对电机进行网格划分，最终采用合适的求解器对电机的电磁场进行求解和分析。
在进行Maxwell电机仿真时，需要注意一些技术细节，如对材料特性的准确建模，对边界条件的合理设置，以及对求解器参数的调整等。
四、Maxwell电机仿真实例下面将通过一个实际的Maxwell电机仿真实例来展示Maxwell电机仿真的过程和结果。
假设我们需要设计一个直流电机，其额定功率为200W，额定转速为3000rpm，电机的尺寸为直径100mm、长度120mm。
maxwell电机仿真实例
maxwell电机仿真实例Maxwell电机仿真是一种用于模拟电机工作原理和性能的工程技术。
通过仿真，可以分析电机的电磁场分布、热特性、结构强度和振动噪声等关键特性。
在设计阶段和优化阶段，仿真可以帮助工程师快速评估各种设计方案，节省时间和成本。
本文将介绍Maxwell电机仿真的基本原理、建模方法和实例分析。
一、Maxwell电机仿真的基本原理Maxwell电机仿真的基本原理是通过有限元分析（FEA）方法来求解电机的电磁场分布和电磁力，以及通过热分析来评估电机的温升和散热性能。
在仿真过程中，需要建立电机的三维结构模型，并定义电机的电磁特性和材料性质，然后对电机在不同工况下进行分析。
1.电机的三维结构建模在进行Maxwell电机仿真之前，首先需要建立电机的三维结构模型。
电机的结构模型可以通过CAD软件进行建模，然后导入到Maxwell 仿真软件中进行后续分析。
在建立结构模型时，需要考虑电机的整体结构、定子和转子的结构细节，以及绕组、铁芯和气隙等部件的几何形状和材料性质。
2.定义电机的电磁特性和材料性质在建立电机的结构模型之后，需要定义电机的电磁特性和材料性质。
电机的电磁特性包括磁场分布、电磁力和电感等参数，而材料性质包括铁芯的磁导率、绕组的电阻和绝缘层的介电常数等。
这些参数对于电机的工作性能和效率具有重要影响，需要在仿真中进行准确的定义和分析。
3.进行电磁场分析在完成结构建模和定义电磁特性之后，可以对电机进行电磁场分析。
通过有限元分析方法，可以求解电机的磁场分布、磁场密度、磁力线和磁场能量等参数，从而评估电机的电磁性能和效率。
4.进行热分析除了电磁场分析外，还需要对电机的热特性进行仿真分析。
通过热传导和热对流分析，可以评估电机在不同工况下的温升和散热性能，从而确保电机在长时间运行时不会因为过热而损坏。
5.综合分析和后处理最后，需要对电机的电磁场分析和热分析结果进行综合分析和后处理。
通过对电机的各项性能指标进行评估和比较，可以找出电机的优化方案，并对电机的结构和材料进行改进，从而提高电机的性能和效率。
Maxwell瞬态求解器电磁力分析（转载啊）
Maxwell瞬态求解器电磁力分析（转载啊）Maxwell顺态求解器电磁力分析ANSYS有限元仿真 2016年12月2日621问题描述：求解一段通有正弦交流电的直导线在某一稳态磁场中的受力情况，并简单验证仿真结果。
模型介绍：如上几何模型中10mm边长立方体代表永磁体，材料属性为材料库中的NdFe35,修改磁化方向为X方向，其他属性不变，如下图所示。
其中黄色圆柱体代表铜导线，红色框线代表求解区域（真空）。
导线端面与求解域重合，电流不会泄漏以便顺利计算。
Maxwell求解树如下：Solution type: Transient瞬态求解器Boundaries:未指定，系统选取默认求解边界。
Excitations: 添加绕组Wingding1，绕组激励类型为电流（绞线），电流函数sin(pi*ti me)，即周期为2秒，幅值为1A，初相位0的正弦曲线。
然后在线圈上添加激励加载面（铜线的两个端面）。
截面绞线数量相同都为1且电流方向一致。
如下图所示。
Parameters:选择圆柱导线，然后添加右击Parameters选择Assign>Force即可。
Mesh Operations:对圆柱体划分网格尺寸为0.4mm，磁铁网格尺寸4mm。
模型网格如下。
Tips：Q1:如果发现上面的网格剖分结果不理想（太密或太疏），如何重新设置重新剖分？A1：project manager--->Analysis---->右击------>revert to initial mesh---->重新设置网格尺寸（这步操作必须要，否则，就算你重新设置了网格尺寸，你得到的依然是第一次网格剖分的结果）Q2:从新设置网格尺寸后，怎么应用设置进行划分，并查看网格划分效果？A2：操作方法：project manager--->Analysis---->右击------>apply mesh operation s；然后project manager--->field overlaps---->右击------>plot mesh---->弹出对话框-----> DONE.Analysis：分析时间stop time 8sec即刚好2个正弦周期，timestep 0.1sec。
maxwell电机仿真实例
maxwell电机仿真实例Maxwell电机仿真是指利用Maxwell软件对电机的设计和性能进行仿真分析的过程。
Maxwell软件是一款电磁场仿真软件，它可以帮助工程师们设计和分析各种类型的电机，包括直流电机、异步电机、同步电机等。
在这篇文章中，我们将介绍Maxwell电机仿真的基本原理和步骤，并通过一个实例来演示如何利用Maxwell进行电机仿真。
Maxwell电机仿真的基本原理Maxwell电机仿真的基本原理是利用有限元分析方法对电机进行建模和分析。
有限元分析是一种常用的数值分析方法，它通过将复杂结构分割为许多小的有限元单元，利用数值计算方法对每个有限元单元进行分析，最终得到整个结构的性能和行为。
在Maxwell电机仿真中，首先需要对电机进行建模，然后利用有限元分析方法对电机进行电磁场分析、热分析和结构分析等，最终得到电机的性能和行为。
Maxwell电机仿真的步骤Maxwell电机仿真的步骤包括建模、网格划分、设置仿真参数、进行仿真分析等。
下面我们将详细介绍每个步骤。
第一步：建模建模是Maxwell电机仿真的第一步，它包括几何建模和物理建模两个方面。
几何建模是指对电机进行三维几何建模，包括定子、转子、绕组、磁路等。
在Maxwell软件中，可以利用建模工具对电机进行几何建模，也可以导入CAD文件进行几何建模。
物理建模是指对电机的物理特性进行建模，包括电磁特性、热特性、结构特性等。
在Maxwell 软件中，可以利用物理建模工具对电机的物理特性进行建模。
第二步：网格划分网格划分是对电机进行有限元网格划分的过程，它将电机的几何模型划分为许多小的有限元单元，并建立有限元网格。
在Maxwell软件中，可以利用网格划分工具对电机进行有限元网格划分。
第三步：设置仿真参数设置仿真参数是对电机进行仿真参数的设置，包括电场分析参数、热分析参数、结构分析参数等。
在Maxwell软件中，可以通过设置仿真参数工具对电机的仿真参数进行设置。
基于ANSYS Maxwell 2D的不同削角永磁体的无刷直流电机分析与试验-陈治宇
（a）a=3mm
（b）a=4mm
（c）a=5mm
（d）a=6mm 图3 永磁体不同削角时的齿槽转矩对比图
根据以上永磁体不同削角齿槽转矩对比曲线可知： 图3a中， 当b=6mm 时齿槽转矩的幅值最 小 ， 为 10.07mN*m ；图 3b 中 b=4.5mm 时 最 小， 为 11.19mN*m ； 图 3c 中 b=4mm 时 最小 ； 为 10.08mN*m；图3d中b=2.5mm 时最小，为9.87mN*m。 由以上结果可知：对于不同的a值，对应的b值都存在临界的削角位置，当削角超过临界位 置时，齿槽转矩的削弱效果反而会变差。故结合以上不同削角尺寸的谐波畸变率和齿槽转矩， 发现当a=6mm，b=2.5mm 时为最佳削角尺寸，对应的谐波畸变率和齿槽转矩最小，其中谐波畸 变率为14.6%，齿槽转矩9.87mN*m。
n =1
∞ hm h + g (θ , α ) = G 0 + ∑ G n cos( nz (θ + α )) n =1 m 2
∞
（ 9） (10)
式中：p为极对数，Z为槽数，将（9）、（10）代入（5）、（8）则齿槽转矩的表达式如下
Tcog (α ) =
∞ πzLFe 2 ( R2 − R12 ) ∑ nGn B nz sin( nzα ) r 4µ0 n =1 2p
[2]
，通过改善气隙磁场波形，减小因各次谐波磁场相互作用所产生的径向力波，降低电磁噪声。 永磁体和有槽电枢铁心之间相互作用产生齿槽转矩，导致转矩波动，进而产生振动和噪声， 一定范围内永磁体的边缘削角可以消弱齿槽转矩，还能节省永磁材料，降低成本[3]。 因此，本文通过解析法分析永磁体不同削角与气隙磁场、齿槽转矩之间的关系，利用电磁 场有限元分析软件 Ansys 中的 Maxwell 2D 对永磁体不同尺寸的边缘削角进行对比与分析， 找出 最佳的削角，并对永磁体削角与无削角的仿真和样机测试结果进行对比研究，验证了本方法的 合理性和有效性，为无刷直流电机性能的改善提供了一定的实用价值。
基于maxwell的永磁同步电机静磁场分析实例
基于maxwell的永磁同步电机静磁场分析实例4.2.1 问题描述三相永磁同步电动机，由定子铁心、定子绕组、永磁体磁极、转子铁心组成。
电机定子内径、外径分别为74mm 和120mm，极数4，定子槽数24，电机为对称结构可以建立四分之一模型，为了使读者更加清晰的了解整个电机模型的建立情况，本例采用整域求解，问题求解电机的平均电磁转矩及场图分布。
该电机的模型示意图如图4-1 所示。
图4-1 4 极24 槽永磁电机结构示意图通过本问题的分析，读者可以学习掌握Maxwell 2D 基本几何模型建立方法，激励源加载、力及力矩参数的设置、永磁材料的定义及简单的场图处理。
Ansoft 软件进行有限元分析的基本步骤如下：1创建项目及定义分析类型2建立几何模型3定义及分配材料4定义及加载激励源和边界条件5求解参数设定6后处理4.2.2 创建项目Step1. 启动Ansoft 并建立新的项目文件假设用户计算机已经安装了Microsoft 公司的Windows 操作系统和Ansoft 公式的12 版本Maxwell2D/3D 电磁计算软件，用鼠标左键双击桌面上的Maxwell 12 图以启动Maxwell，启动后的Maxwell 12 其界面如图4-2 所示。
图4-2 Maxwell 12 启动初始界面执行File/New/命令，或者单击工具栏上按钮新建一个项目文件如图4-3 所示。
图4-3 添加新项目界面Step2. 重命名及保存项目文件在项目管理窗口中右键单击项目名称选择Rename 命令，输入PMSM-Magstatic 对项目文件进行重命名，如图4-4，单击工具栏上按钮保存此项目文件,在项目文件保存目录4中就会出现如PMSM-Magstatic.mxwl 项目文件，图4-5 所示。
图4-4 项目文件重命名界面图4-5 项目保存目录对话框Step3. 定义分析类型采用二维静磁场求解器对永磁同步电动机进行磁场分析，求解器选择步骤如下：执行Project/Insert Maxwell 2D Design 命令，或者单击工具栏上按钮建立maxwell2D 设计分析类型，如图4-6 所示。
Maxwell瞬态场仿真实例
MAXWELL 3D 12.0 BASIC EXERCISES1. 静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真平板电容器模型描述：上下两极板尺寸：25mm×25mm×2mm，材料：pec（理想导体）介质尺寸：25mm×25mm×1mm，材料：mica（云母介质）激励：电压源，上极板电压：5V，下极板电压：0V。
要求计算该电容器的电容值1.建模（Model）Project > Insert Maxwell 3D DesignFile>Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”）选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic创建下极板六面体Draw > Box（创建下极板六面体）下极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）将六面体重命名为DownPlateAssign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建上极板六面体Draw > Box（创建下极板六面体）上极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 3）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）将六面体重命名为UpPlateAssign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建中间的介质六面体Draw > Box（创建下极板六面体）介质板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 2）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 1）将六面体重命名为mediumAssign Material > mica（设置材料为云母mica，也可以根据实际情况设置新材料）创建计算区域（Region）Padding Percentage：0%忽略电场的边缘效应（fringing effect）电容器中电场分布的边缘效应2.设置激励（Assign Excitation）选中上极板UpPlate,Maxwell 3D> Excitations > Assign >Voltage > 5V选中下极板DownPlate,Maxwell 3D> Excitations > Assign >Voltage > 0V3.设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell 3D > Parameters > Assign > Matrix > Voltage1, Voltage2 4.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup最大迭代次数：Maximum number of passes > 10误差要求：Percent Error > 1%每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass > 50%5. Check & Run6. 查看结果Maxwell 3D > Reselts > Solution data > Matrix电容值：31.543pF2. 恒定电场问题实例：导体中的电流仿真恒定电场：导体中，以恒定速度运动的电荷产生的电场称为恒定电场，或恒定电流场（DC conduction）恒定电场的源：（1）Voltage Excitation，导体不同面上的电压（2）Current Excitations，施加在导体表面的电流（3）Sink（汇），一种吸收电流的设置，确保每个导体流入的电流等于流出的电流。
Maxwell稳态磁场求解器仿真实例一
Maxwell稳态磁场求解器仿真实例一ANSYS有限元仿真2月7日311问题描述：求解一段通有100A电流的铜导线在稳定磁场中的受力情况。
磁场由永磁体产生。
磁性材料为材料库中的NdFe35。
磁性材料属性如下定义（X方向磁化）。
模型图如下。
其中红色框线为求解区域。
注：磁体外部磁感线设置方向是从+X面出发垂直穿过导线进入-X面。
即+X面是N极，-X面为S极。
Maxwell前处理求解树如下图：Boundaries边界条件：这里边界条件未指定，系统自动选取默认边界条件加载到物体外边界。
Excitations激励：在导线两个端面加载100A稳定电流，两端面电流大小方向均一致都流向+Y方向（注意断开导体端面需与求解区域表面重合，否则无法计算）Parameters参数：选中通电导线然后添加Force力参数。
Mesh operations网格划分：右击鼠标选择Assigned>Inside selection>Length based…其中导线划分尺寸为0.5mm，磁铁划分尺寸3mm。
Analysis分析设置：这里直接添加分析设置默认即可。
结果查看：鼠标右击Result选择Solution data得到如下结果窗口。
安培力大小为Fz=0.57657N（+Z方向）理论验证：根据安培定律F=BIL可知通电导线受力大小为磁感应强度B*电流*导体长度。
受力方向可根据左手定则确定。
选中铜导线右击云图按钮Field overlays>Field>B>B_Vector 查看导线处磁场强度H，磁感应强度B导线磁场强度H导线磁感应强度B上面B、H云图的中间数值之比恰好与真空中的磁导率接近。
这与物理课本中讲的介质磁导换算公式B=U*H是相符和的。
下面直接取用B云图的中间数值B=0.557T参与理论验算。
电流I取输入值I=100A，导线长度由几何模型可知L=0.01M。
理论计算值F=B*I*L=0.557*100*0.01=0.557N,方向由左手定则：电流+Y，磁场-X，所以可确定力朝向+Z方向。
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基于Maxwell的无刷直流电机负载瞬态磁场分析实例5.1 节中已经完成了直流无刷机的模型建立和空载瞬态磁场分析，并得到了相关运行曲线和典型时刻场图分布。
本节主要针对的是负载工况时，直流无刷机的主要性能和特性分析，与上一节内容综合起来即是一套对无刷机完整分析的过程。
5.2.1 问题描述1考虑机械瞬态2不考虑机械瞬态计算电机轴上输出的电磁转矩，负载反电势，负载磁链，绕组电流波形等量。
根据电机学知识，可知两相无刷电动机的驱动电路如图5-51 所示，由4 对功率开关管对电机2 相绕组提供电电压进行控制，8 个二极管完成续流工作。
图5-51 两相无刷电动机驱动电路开关逻辑如下：A 相绕组施加正向电压，电机处于正相主磁场中，电机正方向转动。
开关管T1A 与T1B 导通，其它开关管关闭。
B 相绕组施加正向电压，电机处于正相主磁场中，电机正方向转动。
开关管T2A 与T2B 导通，其它开关管关闭。
A 相绕组施加反向电压，电机处于负相主磁场中，电机正方向转动。
开关管T3A 与T3B 导通，其它开关管关闭。
B 相绕组施加反向电压，电机处于负相主磁场中，电机正方向转动。
开关管T4A 与T4B 导通，其它开关管关闭。
5.2.2 控制电压电路设置对于两相无刷直流电动机，当A 相绕组反电势过零时，即A 相绕组轴线与主极轴线相重合(此位置可通过电机初始位置的设置获得，本例为15 度机械角度)，此时两相无刷直流电动机的开关触发角度分别为45 度、135 度、225 度、和315 度电角度。
其换相角度如图5-52所示28图 5-52 四极两相无刷直流电动机触发角此时，各相绕组端所获得的电压如图 5-53 所示图 5-53两相无刷直流电动机负载所加相电压在 Ansoft 有限元计算中，控制电压由四个脉冲电压提供，如图 5-54 所示，图中四个电阻 R1 、R2、R3、R4 为控制电压回路限流电阻，Vc1、Vc2、Vc3 、Vc4 为电压表元件用来检测电压，由其与开关管相关联，V1、V2、V3、V4 为脉冲电压源，其电压脉冲与电机旋转位置相关，用来提供开关管动作电压。
图 5-54 两相无刷直流电动机控制电压电路图29Ansoft 包含相应的电路模块，选择程序 Ansoft 中的电路模块，具体操作如图 5-55 所示，自动弹出电路编辑器，选择新建项目选项，电路编辑器界面如图 5-56 所示。
图 5-55 电路编辑器菜单Ansoft 电路编辑器界面与 Maxwell 有限元模块界面相类似，主要由项目管理器、模型窗口、特性窗口组成。
图 5-56 电路编辑器界面Ansoft 提供了较便捷的电路绘制方法，在项目管理其中可以直接选择构成电路的元器件，将其拖放到模型窗口，再用线将各个器件连接起来。
1 选择项目管理器菜单中的 Maxwell Circuit Elements 元件库，鼠标选择指示器 Probes 选项中的接地电压表元件，此时该元件会自动跟随鼠标移动，元件显示为灰暗色，直到下一步放置操作完成，如图 5-57 所示。
30图 5-57 元件选择操作菜单2 选择 VoltmeterG 后，连续进行 4 次放置操作，将电压表放置在电路绘制窗口的相应位置，放置在电路模型窗口中的元件可以通过选择工具栏中按钮进行 X 轴、Y 轴镜像和旋转操作，通过鼠标选择电路模型窗口中的元件可以对元件进行移动操作。
3 双击模型窗口中的 1 号 VoltmeterG 元件，此时该元件变为红色并自动弹出电路元件特性设置对话框，元件名称框内设置名称为 Vc1，其它选项设置为默认值，如图 5-58 所示。
对于 2、3、4 号 VoltmeterG 元件操作类似，名称依次设置为 Vc2、Vc3、Vc4。
图 5-58VoltmeterG 元件特性设置对话框4 选择 Passive Elements 选项中的 Res 电阻元件放置到模型窗口中，通过旋转及移动操作将电阻器件放置在相应位置，并对电阻进行特性设置，阻值设置为 100 欧姆，名称为默认值，即为电阻的排列号。
5 选择源 Sources 选项中的 Vpulse 脉冲电压源元件放置到模型窗口中，通过旋移动操作将其放置在相应位置，脉冲电压源元件的相关设置项较多，如图 5-59 所示为脉冲电压源元件及其参数意义示意图。
图 5-59 脉冲电压源及其参数图脉冲电压源符号中的+代表正向电压，各个参数代表意义如下： V1 脉冲电压源的初始电压，单位 V ； V2 脉冲电压源的峰值电压，单位 V ；31Tr 脉冲电压源的电压上升时间，当类型 Type 设置为 TIME 时间时，单位为 s, Type 设置为 SPEED 速度时，旋转运动单位为 rpm ，直线运动单位为几何单位/秒，Type 设置为 POSITION 位置时，旋转运动单位为度，直线运动为几何单位；Td 脉冲电压源电压上升初始时间，当类型 Type 设置为 TIME 时间时，单位为 s, Type 设置为 SPEED 速度时，旋转运动单位为 rpm ，直线运动单位为几何单位/秒，Type 设置为 POSITION 位置时，旋转运动单位为度，直线运动为几何单位；；Pw 脉冲电压源的电压脉冲宽度，当类型 Type 设置为 TIME 时间时，单位为 s, Type 设置为 SPEED 速度时，旋转运动单位为 rpm ，直线运动单位为几何单位/秒，Type 设置为 POSITION 位置时，旋转运动单位为度，直线运动为几何单位；Tf 脉冲电压源的电压下降时间，当类型 Type 设置为 TIME 时间时，单位为 s, Type 设置为 SPEED 速度时，旋转运动单位为 rpm ，直线运动单位为几何单位/秒，Type 设置为 POSITION 位置时，旋转运动单位为度，直线运动为几何单位；Period 脉冲电压源周期，当类型 Type 设置为 TIME 时间时，单位为 s, Type 设置为 SPEED 速度时，旋转运动单位为 rpm ，直线运动单位为几何单位/秒，Type 设置为 POSITION 位置时，旋转运动单位为度，直线运动为几何单位；图 5-60 所示为参考两相四极无刷直流电动机控制逻辑的四个脉冲电压源的具体设置。
（a ）ID=V10(b) ID=V1132(c) ID=V12(d) ID=V13图 5-60 脉冲电压源设置对话框6 执行 Draw/Ground 命令或者选择工具栏中按钮，设置电位零点，用鼠标将其 拖放置相应位置。
7 执行 D raw/Wire 命令或者选择工具栏中按钮，拖动鼠标，将所放置的各个器件 连接，在连线过程中鼠标会自动变为十字花形状，连线过程如图 5-61 所示。
图 5-61 元件连接过程示意图335.2.3 电机驱动主回路电路设置在Ansoft 电路设置中一般应用二极管与可控开关（电压型或者电流型）来模拟实际无刷直流电机控制回路中的可控硅器件，与可控开关相串联的二极管是用来设置实际可控硅导通压降，另外仍需8 个二极管做为续流回路，因此根据控制需要，两相无刷直流电机控制主回路中需要16 个二极管、8 个可控开关及一个直流电压源。
1选择Passive Elements 选项中的DIODE 二极管元件放置到模型窗口中，通过旋转及移动操作将二极管器件放置在相应位置，在本例中与可控开关相串联的二极管负极向上，续流二极管负极方向向下。
2二极管必须与二极管模型元件一起使用，二极管的特性设置是通过二极管模型元件进行设置的，一个二极管模型元件可以作为多个特性相同的二极管元件的设置元件，当同一电路中包含有不同特性的二极管元件，那么就要相应的增加二极管模型元件对其进行设置。
二极管元件与其对应的二极管模型元件的相关联是通过将二极管元件参数中的MOD 模型设置为对应的二极管模型元件的名称来实现的。
图5-62 二极管及二极管模型元件鼠标双击电路模型窗口中的二极管模型元件，自动弹出二极管特性设置对话框，如图5-63 所示，将名称设置为DModel1，将接触电阻Rs 设置为0.326 欧姆，其他参数设置均为默认值。
图5-63 二极管特性设置对话框对话框中各个参数的意义如下：34•Deviece Name 为二极管模型元件名称；•Is 为二极管饱和电流，单位安培；•Rs 为二极管接触电阻，单位欧姆；•N 为二极管扩散系数；•EG 为二极管温度为0 开尔文时的正向压降，单位伏特；•XTI 为二极管饱和电流温度系数；•BV 为二极管反向击穿电压峰值，单位伏特；•IBV 为二极管反向击穿电流峰值，单位安培；•TNOM 为参考温度，单位摄氏度；4鼠标双击电路模型窗口中的每个二极管元件，设置二极管与二极管模型关联特性，将MOD 项设置为DModel1，如图5-64 所示。
图5-64 二极管关联特性设置对话框5选择Passive Elements 选项中的SW_V 压控开关管放置到模型窗口中，通过旋转及移动操作将压控开关管放置在相应位置，压控开关管必须与压控开关管模型元件一起使用，压控开关管的一些基本特性设置是通过压控开关管模型元件设置的，一个压控开关管模型元件可以作为多个基本特性相同的压控开关管的设置元件，当同一电路中包含有不同特性的压控开关管，那么就要相应的增加压控开关管模型元件对其进行设置。
压控开关管与其对应的压控开关管模型元件的相关联是通过将压控开关管元件参数中的MOD 模型设置为对应的压控开关管模型元件的名称来实现的。
6Maxwell 电路编辑器中的压控开关管模型元件有两种形式，一种为有端口模型，另一种为无端口模型，本例中选择后者。
选择Passive Elements 选项中的SW_VModel 压控开关管模型元件，将其放置到电路模型窗口中，图5-65 所示为压控开关管与压控开关管模型元件示意图。
35图5-65 压控开关管及压控开关管模型元件。
鼠标双击电路模型窗口中的压控开关管模型元件，自动弹其特性设置对话框，如图5-66 所示，将名称设置为SModel1，将Von 设置为0.5V，Voff 设置为0.5V，其他参数设置均为默认值。
图5-66 压控开关管模型特性设置对话框对话框中各个参数的意义如下：•Deviece Name 为压控开关管模型元件名称；•Ron 为压控开关管闭合电阻，单位欧姆；•Roff 为压控开关管断开等效电阻，单位欧姆；•Von 为闭合电压值，压控开关管控制电压高于此值时闭合，单位伏特；•Voff 为断开电压值，压控开关管控制电压低于此值时断开，单位伏特；7鼠标双击电路模型窗口中的每个压控开关管元件，将MOD 项设置为SModel1，为了方便说明各个开关管与控制电压Vc1、Vc2、Vc3、Vc4 之间的被控关系，按照图5-67 所示的开关管位置对各个压控开关管进行重新命名，开关管以阿拉伯数字依次命明。